Об этом говорится в новом исследовании ученых, работающих в SLAC-Stanford Battery. Это значит, что владельцу типичного элетрического автомобиля еще несколько лет может не потребоваться замена дорогостоящего блока батарей или покупка нового автомобиля.

Почти всегда ученые и инженеры, занимающиеся аккумуляторами, проверяют срок службы новых конструкций батарей в лабораториях, используя постоянную скорость разряда с последующей подзарядкой. Они повторяют этот цикл много раз, чтобы быстро узнать, подходит ли новая конструкция по сроку службы, а также по другим характеристикам.

По мнению авторов исследования, опубликованного 9 декабря в журнале Nature Energy, это не лучший способ предсказать срок службы батарей для электромобилей, особенно для тех, кто использует их для ежедневных поездок на работу. Хотя за последние 15 лет цены на батареи упали примерно на 90%, они по-прежнему составляют почти треть стоимости нового EV. Так что нынешние и будущие пассажиры электромобилей могут быть довольны.

«Мы не тестировали батареи EV как следует», — говорит Симона Онори, старший автор исследования и доцент кафедры энергетических наук и инженерии в Стэнфордской школе устойчивого развития имени Доерра. „К нашему удивлению, реальная езда с частыми ускорениями, торможениями, которые немного заряжают батареи, остановками, чтобы зайти в магазин, и предоставлением батареям возможности отдохнуть в течение нескольких часов за раз, помогает батареям прослужить дольше, чем мы думали, основываясь на стандартных лабораторных тестах“.

Приятный сюрприз

Исследователи разработали четыре типа профилей разрядки аккумуляторов EV, от стандартной постоянной разрядки до динамической разрядки, основанной на реальных данных вождения. Исследовательская группа протестировала 92 коммерческих литий-ионных аккумулятора в течение более чем двух лет, используя все профили разряда. В итоге, чем более реалистично профили отражали реальное поведение водителя, тем выше поднималась продолжительность жизни EV.

В исследовании говорится, что неожиданная продолжительность жизни обусловлена несколькими факторами. Алгоритм машинного обучения, обученный на всех собранных командой данных, помог выявить влияние динамических профилей разряда на деградацию батареи.

Например, исследование показало корреляцию между резкими и короткими ускорениями EV и более медленной деградацией. Это противоречит давним предположениям исследователей аккумуляторов, в том числе и команды, проводившей это исследование, о том, что пики ускорения вредны для аккумуляторов EV.

Сильное нажатие на педаль не ускоряет старение. Более того, оно замедляет его, объясняет Алексис Геслин, один из трех ведущих авторов исследования и аспирант факультета материаловедения и инженерии, а также факультета информатики Стэнфордской школы инженеров.

Два пути старения

Исследовательская группа также искала различия между старением батареи из-за большого количества циклов заряда-разряда и старением батареи, которое происходит просто со временем. Ваши домашние аккумуляторы, которые годами лежали в ящике без дела, не будут работать так же хорошо, как при покупке, если они вообще будут работать.

«Мы, инженеры-аккумуляторщики, считаем, что циклическое старение гораздо важнее, чем старение, вызванное временем. Это в основном справедливо для коммерческих EV, таких как автобусы и фургоны, которые почти всегда либо используются, либо подзаряжаются», — говорит Геслин. „Для потребителей, которые используют свои EV, чтобы добраться до работы, забрать детей, сходить в продуктовый магазин, но в основном не используют их или даже не заряжают, время становится преобладающей причиной старения над цикличностью“.

В исследовании определена средняя скорость разряда, позволяющая сбалансировать временное и циклическое старение, по крайней мере, для коммерческой батареи, которую они тестировали. К счастью, это окно находится в диапазоне реалистичного вождения потребительского EV. Автопроизводители могут обновить свое программное обеспечение для управления батареями EV, чтобы воспользоваться новыми результатами и максимально продлить срок службы батареи в реальных условиях.

Заглядывая в будущее

«В будущем оценка новых химических составов и конструкций батарей с учетом реалистичных профилей спроса будет очень важна», — говорит постдоктор энергетических наук и инженерии Ле Сюй. „Теперь исследователи могут пересмотреть предполагаемые механизмы старения на уровне химии, материалов и элементов, чтобы углубить их понимание. Это облегчит разработку передовых алгоритмов управления, которые оптимизируют использование существующих коммерческих архитектур батарей“.

Результаты исследования выходят за рамки батарей. Ученые и инженеры могут применить эти принципы в других областях хранения энергии, а также к другим материалам и устройствам в физических науках, в которых старение имеет решающее значение, например, к пластмассам, стеклам, солнечным батареям и некоторым биоматериалам, используемым в имплантатах.

«Эта работа подчеркивает возможности интеграции различных областей знаний — от материаловедения, управления и моделирования до машинного обучения — для продвижения инноваций», — сказал Онори.

Ранее ученые выяснили, что может ограничивать долговечность батарей для гибридных и электрических автомобилей.